核電站數(shù)字化儀控系統(tǒng)改造分析

李德超

摘 要：核電廠儀表控制系統(tǒng)是由計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、通訊技術(shù)和自動(dòng)化控制相結(jié)合的集中管理和分散控制的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。儀表控制系統(tǒng)由于使用時(shí)間較長(zhǎng)，逐步產(chǎn)生了問(wèn)題，其中包括儀表控制裝置的可靠性降低，偶然發(fā)生的故障增多，故障率逐年增高，維修費(fèi)用不斷增加，因此必須進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn)，特別是采用“模擬控制+繼電器邏輯處理”模式的仿真儀表控制系統(tǒng)。通過(guò)對(duì)儀表控制系統(tǒng)改造方案的合理規(guī)劃，可以使機(jī)組的運(yùn)行得到最優(yōu)化。隨著電力負(fù)荷的增加，對(duì)供電質(zhì)量提出了更高的要求。對(duì)于功率模塊來(lái)說(shuō)，數(shù)字化無(wú)疑是其未來(lái)發(fā)展的主要方向。基于數(shù)字化技術(shù)，可以更加智能地識(shí)別模塊當(dāng)前的運(yùn)行狀況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，立即解決。因此，更有利于電源模塊的可持續(xù)發(fā)展。以核電站儀控模塊為例，探討其智能化改造的相關(guān)內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：核電站;儀控模塊;數(shù)字化設(shè)備

1儀控模塊數(shù)字化改造價(jià)值

1.1規(guī)避設(shè)備老化問(wèn)題

對(duì)于每個(gè)儀器和控制模塊，都有其特定的使用規(guī)則。實(shí)際操作過(guò)程中會(huì)有規(guī)律的故障。原因是這些都是典型的設(shè)備老化故障[4]。沒(méi)有實(shí)施全面的數(shù)字化改造，這類問(wèn)題往往需要運(yùn)維人員進(jìn)行人工干預(yù)和糾正，但即便如此，運(yùn)行一段時(shí)間后還是會(huì)再次發(fā)生。長(zhǎng)此以往，設(shè)備的運(yùn)行性能會(huì)大大降低，老化問(wèn)題會(huì)進(jìn)一步加劇。因此，進(jìn)行必要的數(shù)字化改造非常重要，可以更好地避免設(shè)備的老化和失效，從而大大延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。

1.2提高儀表和控制設(shè)備的運(yùn)行質(zhì)量

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，如何保證核電廠儀表和控制設(shè)備的可靠穩(wěn)定運(yùn)行已成為當(dāng)前需要認(rèn)真考慮的重要內(nèi)容。結(jié)合目前國(guó)內(nèi)核電站I&C模塊的運(yùn)行現(xiàn)狀，已經(jīng)有很多地方的技術(shù)需要改進(jìn)，這也是進(jìn)行I&C模塊數(shù)字化改造的重要原因。通過(guò)深度改造和利用，可以有效保證整個(gè)模塊的運(yùn)行穩(wěn)定性，進(jìn)而有效提高模塊的整體運(yùn)行質(zhì)量。與傳統(tǒng)技術(shù)相比，數(shù)字技術(shù)具有更高的智能、更快的響應(yīng)速度和更少的錯(cuò)誤，因此整體運(yùn)行條件得到了更好的保證。

1.3避免設(shè)備配件短缺

對(duì)于儀控設(shè)備來(lái)說(shuō)，達(dá)到一定的使用壽命后，必然會(huì)出現(xiàn)所有配件都需要更換的情況。此外，設(shè)備零件數(shù)量眾多，頻繁更換也可能造成部分零件供應(yīng)不足，部分箱包零件甚至可能缺貨。數(shù)字模塊的引入可以更好地對(duì)整個(gè)模塊進(jìn)行數(shù)字化規(guī)劃，提前防止設(shè)備老化，從而保證整個(gè)模塊始終處于穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)。

2儀控設(shè)備數(shù)字化方案

目前，數(shù)字儀表控制模塊主要包括三個(gè)方面，即光色散控制模塊、可編程控制模塊和現(xiàn)場(chǎng)總線控制模塊。最后一種是最典型的數(shù)字儀表控制模塊方案。分散控制模塊已廣泛應(yīng)用于傳統(tǒng)發(fā)電模塊中，具有很強(qiáng)的順序控制特性;可編程控制模塊主要強(qiáng)調(diào)利用開(kāi)關(guān)模擬量的分?jǐn)?shù)進(jìn)行閉環(huán)控制。現(xiàn)場(chǎng)總線控制模塊主要結(jié)合了儀表控制模塊中的分布式控制模塊和可編程控制模塊。數(shù)字控制模塊的應(yīng)用無(wú)疑更可靠，更實(shí)用。此外，基于數(shù)字控制機(jī)制，很好地避免了以往單點(diǎn)、單變量的運(yùn)行模式，轉(zhuǎn)而支持多點(diǎn)、多變量的數(shù)字形式，具有更強(qiáng)的數(shù)字化、智能化特征。

3數(shù)字化系統(tǒng)概述

數(shù)字儀表控制系統(tǒng)很好地體現(xiàn)了“信息集中分散控制”的理念。包括計(jì)算機(jī)技術(shù)的深入發(fā)展，越來(lái)越多的供應(yīng)商逐漸開(kāi)發(fā)出各種擴(kuò)展接口的IO模塊。這種系統(tǒng)模塊可以實(shí)現(xiàn)與各種傳感裝置、電氣裝置和開(kāi)關(guān)柜的可靠連接，實(shí)現(xiàn)基本的管理和控制應(yīng)用。此外，它還可以實(shí)時(shí)診斷和分析系統(tǒng)運(yùn)行情況。

如果在系統(tǒng)應(yīng)用軟件中引入智能控制分析和人工智能技術(shù)，基于優(yōu)化過(guò)程控制，可以提高系統(tǒng)運(yùn)行可靠性和控制能力，使系統(tǒng)更具開(kāi)放性、可操作性和互操作性。勢(shì)必會(huì)使目前的數(shù)字系統(tǒng)建設(shè)更加全面。大多數(shù)情況下，往往可以進(jìn)行單個(gè)控制回路和功能控制，但對(duì)于復(fù)雜的、多部件的設(shè)備部件，仍然無(wú)法實(shí)現(xiàn)全面的系統(tǒng)控制。此外，結(jié)合實(shí)際應(yīng)用時(shí)頻繁單回路輸入輸出的運(yùn)行機(jī)制，成功案例不多，參考頜不強(qiáng)。因此，一些用戶試圖通過(guò)集成上述儀表和控制設(shè)備的一些設(shè)計(jì)理念，引入完善的可編程控制技術(shù)和現(xiàn)場(chǎng)總線進(jìn)行交互。對(duì)于核電站舊的儀表和控制系統(tǒng)，可以直接使用現(xiàn)有的電纜一次測(cè)量模塊和執(zhí)行單元，只對(duì)監(jiān)控部分和控制單元進(jìn)行升級(jí)和優(yōu)化，采用尖端的輸入輸出模塊和可編程控制設(shè)備。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)總體情況，采用以太網(wǎng)、現(xiàn)場(chǎng)總線和遠(yuǎn)程智能輸入輸出設(shè)備代替?zhèn)鹘y(tǒng)的控制柜和輔助繼電器柜。不僅避免了傳統(tǒng)設(shè)備老化和配件不足的問(wèn)題，而且大大提高了設(shè)備的運(yùn)行質(zhì)量和使用壽命。

4核電站儀控?cái)?shù)字化改造策略

4.1配件與老化問(wèn)題

無(wú)論是實(shí)施分布式控制模塊和可編程控制模塊的數(shù)字化改造方案，還是實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)總線控制模塊和可編程控制模塊的數(shù)字化改造方案，都可以實(shí)現(xiàn)較好的數(shù)字化改造。但相比這兩種數(shù)字化方案，后者在處理設(shè)備老化問(wèn)題上無(wú)疑更有優(yōu)勢(shì)。主要依靠現(xiàn)場(chǎng)各種微機(jī)數(shù)字設(shè)備，而不是以控制器為關(guān)鍵模塊，可以進(jìn)一步減少控制器配件的儲(chǔ)備。此外，這種方式的互操作性和功能性更強(qiáng)，可以完成互聯(lián)設(shè)備和各種模塊之間的高度數(shù)據(jù)交互，同時(shí)不同設(shè)備供應(yīng)商之間的設(shè)備也可以實(shí)現(xiàn)更好的數(shù)字交互，這無(wú)疑為設(shè)備帶來(lái)了更多的可選空間。不僅如此，該方案還包含了現(xiàn)場(chǎng)智能設(shè)備的自動(dòng)診斷和控制功能，對(duì)設(shè)備老化控制的發(fā)展具有一定的積極意義。

4.2數(shù)字模塊的運(yùn)行質(zhì)量

通過(guò)對(duì)核電站儀控模塊運(yùn)行工況的分析，不難發(fā)現(xiàn)數(shù)字化運(yùn)行模式可以大大提高整個(gè)模塊的運(yùn)行質(zhì)量。在技術(shù)上，分布式控制模塊和現(xiàn)場(chǎng)總線控制模塊可以滿足核電站的控制需求。而且分布式控制模塊的應(yīng)用已經(jīng)非常成熟，應(yīng)用起來(lái)更加方便流暢?，F(xiàn)場(chǎng)總線控制模塊具有智能化、數(shù)字化等特點(diǎn)。與傳統(tǒng)的模塊控制形式相比，智能化和數(shù)字化程度大大提高，模塊的運(yùn)行質(zhì)量得到了更好的保證。

4.3模塊可靠性研究

與集散控制模塊和現(xiàn)場(chǎng)總線控制模塊相比，后者能更好地預(yù)測(cè)可能出現(xiàn)的運(yùn)行問(wèn)題，大大降低系統(tǒng)發(fā)生故障的可能性，具有非常強(qiáng)的預(yù)測(cè)能力，能有效保障系統(tǒng)的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。借助智能設(shè)備的自診斷和總線技術(shù)，可以持續(xù)監(jiān)督已有的領(lǐng)先知識(shí)，分析即將發(fā)生的故障?，F(xiàn)場(chǎng)總線控制模塊還可以進(jìn)行更好的狀態(tài)監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，立即排除故障。

4.4改造工作的組織和管理

核電站儀表的全數(shù)字化改造需要多個(gè)部門(mén)的配合，會(huì)形成極其復(fù)雜的接口。因此，在重建過(guò)程中，我們必須面對(duì)和處理問(wèn)題，明確設(shè)定工作邊界和責(zé)任規(guī)劃，然后確保重建的順利有效進(jìn)行。在各儀控系統(tǒng)升級(jí)改造的推進(jìn)階段，核電廠應(yīng)加強(qiáng)過(guò)程的組織管理，圍繞主體和工作內(nèi)容將改造任務(wù)劃分為不同的部分，然后分階段實(shí)施，每個(gè)階段應(yīng)設(shè)置一個(gè)責(zé)任方，責(zé)任方主要接受其他部門(mén)提供的服務(wù)。

結(jié)束語(yǔ)

核電站儀控邏輯結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，核設(shè)施獨(dú)特的安全技術(shù)規(guī)范，因此規(guī)劃工作的嚴(yán)謹(jǐn)性直接影響到儀控全數(shù)字化改造項(xiàng)目的實(shí)施。因此，在實(shí)踐中，相關(guān)人員要以最嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的態(tài)度，不斷完善改造項(xiàng)目的前期策劃工作，只有經(jīng)過(guò)認(rèn)真的分析論證，才能進(jìn)入實(shí)施階段，才能取得良好的效果。與核電站儀控系統(tǒng)的傳統(tǒng)控制形式相比，數(shù)字化運(yùn)行方案顯著提高了其運(yùn)行效率和質(zhì)量。此外，數(shù)字化運(yùn)營(yíng)方案還可以有效避免設(shè)備配件短缺、技術(shù)升級(jí)等帶來(lái)的各種問(wèn)題。數(shù)字化發(fā)展已經(jīng)是未來(lái)電力系統(tǒng)發(fā)展的主要方向之一，相關(guān)單位應(yīng)重視內(nèi)部數(shù)字化改造進(jìn)程的推進(jìn)。

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